DE4435255A1 - Troubleshooting method in converter circuitry - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungs elektronik.The invention relates to the field of performance electronics.
Sie betrifft ein Verfahren zur Fehlerbehebung in einer Stromrichterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.It concerns a procedure for troubleshooting in a Converter circuit arrangement according to the preamble of first claim.
Aus dem Artikel "Moderne Leistungshalbleiter in der Stromrichtertechnik" von W. Bölsterling et al., etz Bd. 114 (1993) Heft 21, Seiten 1310-1319, sind Stromrichter schaltungsanordnungen bekannt, welche mehrere ein- und ausschaltbare Schaltermodule umfassen. Insbesondere han delt es sich dabei um IGBT-Module (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate) mit mehreren parallel geschalteten IGBT-Halbleiter chips pro Modul.From the article "Modern power semiconductors in the Power converter technology "by W. Boelsterling et al., Etz Vol. 114 (1993) Issue 21, pages 1310-1319, are power converters known circuit arrangements, which several on and switchable switch modules include. In particular han are IGBT modules (IGBT = Insulated Gate Bipolar transistor, bipolar transistor with isolated Gate) with several IGBT semiconductors connected in parallel chips per module.
Die Gate-, Anoden und Kathodenanschlüsse der einzelnen Halbleiterchips werden normalerweise über Anschlußdrähte parallelgeschaltet und mit entsprechenden Leiterbahnen verbunden, welche die Modulanschlüsse bilden. Als An schlußdrähte werden üblicherweise Bonddrähte verwendet.The gate, anode and cathode connections of each Semiconductor chips are usually connected over lead wires connected in parallel and with appropriate conductor tracks connected, which form the module connections. As an Termination wires are usually used bond wires.
IGBT-Module höherer Leistung bestehen praktisch immer aus einer größeren Anzahl solcher parallelgeschalteter Halb leiterchips, um die geforderte Stromtragfähigkeit errei chen zu können. Die in einem mehrphasigen Stromrichter eingebauten IGBT-Module können durch Sperrversagen eines einzelnen Chips beschädigt werden. Das Halbleitersubstrat eines solchen Chips legiert durch und stellt anschließend einen Kurzschluß dar. Um eine Beschädigung der ge samten Anlage zu vermeiden, sind Schutzeinrichtungen vor gesehen, die einen Kurzschluß eines Chips detektieren und den Stromrichter sofort abschalten. Ein Defekt eines einzelnen Chips legt also die gesamte Anlage lahm. Abge sehen von den Reparaturkosten können die sich daraus er gebenden Betriebsunterbrüche dem Anwender unter Umständen sehr teuer zu stehen kommen.IGBT modules with higher performance practically always consist of a larger number of such parallel-connected half conductor chips to achieve the required current carrying capacity to be able to. The one in a multi-phase converter built-in IGBT modules can fail due to a locking failure individual chips are damaged. The semiconductor substrate of such a chip alloys through and then puts a short circuit. To damage the ge Protective devices are required to avoid the entire system seen that detect a short circuit of a chip and switch off the converter immediately. A defect of one single chips paralyzes the entire system. Abge The repair costs can be seen from it operational interruptions to the user very expensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Fehlerbehebung in einer Stromrichterschaltungsanord nung anzugeben, welches eine höhere Verfügbarkeit der An lage ermöglicht und gewährleistet, daß beim Ausfall ei nes oder mehrerer Halbleiterschalterchips nicht die ge samte Anlage außer Betrieb gesetzt wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.The object of the present invention is a method for troubleshooting in a converter circuit arrangement to indicate which higher availability of the location enables and ensures that in the event of failure nes or more semiconductor switch chips not the ge entire system is shut down. This task is solved by the features of the first claim.
Kern der Erfindung ist es also, daß die Anschlußdrähte derjenigen Schalterchips, welche einen allfälligen Defekt aufweisen und einen Kurzschluß bilden, gezielt aufge trennt werden.The essence of the invention is therefore that the connecting wires of the switch chips that have a possible defect have and form a short circuit, targeted be separated.
Ein Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Stromrichterschaltungsanordnung einen mehrphasigen Umrichter umfaßt, der von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Nachdem ein Defekt, d. h. ein Kurzschluß eines Chips festgestellt worden ist, werden in einem er sten Schritt alle Schaltermodule der Phasen ausgeschal tet. Anschließend wird z. B. das mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle verbundene Schaltermodul einer er sten Phase für eine bestimmte Zeitdauer tc eingeschaltet. Falls sich der Kurzschluß in einem Chip des mit dem Mi nuspol verbundenen Moduls derselben Phase befindet, so sorgt der durch dieses Modul fließende Strom dafür, daß in der Zeitdauer tc die Anschlußdrähte des fehlerhaften Chips durchgetrennt werden. Denn dieser Chip muß die ge samte Stromlast tragen, da das Modul selber ausgeschaltet ist. Im allgemeinen werden dadurch die Anschlußdrähte durchgebrannt. Befindet sich der Kurzschluß aber im Mo dul, das mit dem Pluspol verbunden ist, so geschieht zunächst einmal gar nichts. Wird nun aber das mit dem Pluspol verbundene Modul wieder ausgeschaltet und das mit dem Minuspol verbundene für tc eingeschaltet, so werden die Anschlußdrähte eines defekten Chips in dem mit dem Pluspol verbundenen Modul durchgetrennt. Falls sich der Kurzschluß nicht in der ersten Phase befindet, wird mit den übrigen Phasen in derselben Weise verfahren bis der Fehler behoben ist. Liegt ein nicht behebbarer Fehler vor, so wird die Anlage außer Betrieb genommen.An embodiment is characterized in that the converter circuit arrangement has a multiphase Includes converter from a DC voltage source is fed. After a defect, i. H. a short circuit of a chip has been found in a he Most step switch off all switch modules of the phases tet. Then z. B. with the positive pole DC voltage source connected switch module he Most phase switched on for a certain period of time tc. If the short circuit in a chip of the Mi nuspol connected module of the same phase, so the current flowing through this module ensures that in the time period tc the lead wires of the faulty Chips are cut. Because this chip must ge bear the entire current load since the module itself is switched off is. In general, this will make the leads blown. If the short circuit is in the mo dul, which is connected to the positive pole, so happens nothing at first. But will that be with the Module connected to the positive pole is switched off again and with connected to the negative pole for tc, so be the leads of a defective chip in the one with the The positive pole connected module is severed. If the Short circuit is not in the first phase, with proceed the same way in the other phases until the Bug is fixed. There is an unrecoverable error the system is taken out of operation.
Bei einer weiteren Variante wird nach dem Erkennen des Fehlers und dem Ausschalten aller Module zunächst einmal die Gleichspannungsquelle ausgeschaltet bzw. entladen und anschließend auf eine optimale Brennspannung hochgefah ren. Mit dieser Brennspannung wird nun weitergefahren wie oben erläutert.In a further variant, after recognizing the Error and switching off all modules first of all the DC voltage source switched off or discharged and then ramped up to an optimal burning voltage Ren. With this burning voltage is now continued as explained above.
Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den ent sprechenden abhängigen Ansprüchen. Further exemplary embodiments result from the ent speaking dependent claims.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus besteht darin, daß durch ein Defekt eines oder mehrerer Chips nicht die gesamte Anlage außer Betrieb gesetzt wird, sondern daß diese nach Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wei ter genutzt werden kann. Die Leistungsfähigkeit wird da bei nicht unbedingt reduziert, wenn dies bereits bei der Auslegung des Stromrichters berücksichtigt worden ist.The advantage of the construction according to the invention is that that due to a defect in one or more chips not the entire plant is shut down, but that this knows after completion of the method according to the invention ter can be used. The efficiency is there at not necessarily reduced if this is already at the Design of the converter has been taken into account.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert.The invention will now be described with reference to embodiments play in connection with the drawings tert.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Eine Stromrichterschaltungsanordnung, für wel che das Verfahren nach der Erfindung geeignet ist;For wel the method is suitable according to the invention Figure 1 shows a power converter circuit arrangement surface.
Fig. 2 Das Schaltbild eines Schalters; Fig. 2 The circuit diagram of a switch;
Fig. 3 Das Schaltbild eines Schaltermoduls; Fig. 3 The circuit diagram of a switch module;
Fig. 4 Einen Schnitt durch ein Schaltermodul, das spe ziell für das Verfahren nach der Erfindung ge eignet ist. Fig. 4 shows a section through a switch module, which is particularly suitable for the ge method according to the invention.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und de ren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammenge faßt aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. The reference numerals used in the drawings and de their meaning are summarized in the list of names summarizes. Basically are in the figures Identical parts with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine Stromrichterschaltungsanordnung 1, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil ange wendet wird. Es handelt sich dabei um einen 3-phasigen Umrichter, der von einer Gleichspannungsquelle 5 gespeist wird. Die Gleichspannungsquelle 5 kann beispielsweise eine Kondensatorbank eines Spannungszwischenkreises sein, die über einen Gleichrichter von einem Wechselspannungs netz gespeist wird. Jede Phase 6.1-6.3 des Umrichters um faßt mindestens zwei Schalter 2. Die Schalter 2, von denen ein erster zwischen dem Pluspol 7 der Gleichspan nungsquelle 5 und dem Lastanschluß 9 der Phase angeord net ist und ein zweiter zwischen dem Lastanschluß 9 und dem Minuspol 8 der Gleichspannungsquelle 5, umfassen je mindestens ein steuerbares Schaltelement und eine dazu antiparallelgeschaltete Freilaufdiode 13. Das steuerbare Schaltelement umfaßt beispielsweise ein Schaltermodul 14, es können jedoch auch mehrere Schaltermodule 14 pro Schalter 2 vorgesehen sein. Zur Erhöhung der Stromtragfä higkeit werden mehrere Module parallelgeschaltet, zur Er höhung der Spannungsbelastbarkeit werden sie in Serie ge schaltet. Die Lastanschlüsse 9 jeder Phase 6.1-6.3 sind mit einer Last verbunden, z. B. mit einem Motor 10. Eine Steuereinheit 17 schaltet nun die Module 2 jeder Phase abwechselnd ein- und aus, wobei die Phasen 6.1-6.3 unter einander phasenverschoben angesteuert werden, so daß an der Last eine mehrphasige Wechselspannung erzeugt wird, deren Frequenz eingestellt werden kann. Die Funktion ei nes derartigen Umrichters ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und muß an dieser Stelle nicht wei ter erläutert werden. Fig. 1 shows a converter circuit arrangement 1 , in which the method according to the invention is advantageously used. It is a 3-phase converter that is fed by a DC voltage source 5 . The DC voltage source 5 can be, for example, a capacitor bank of a voltage intermediate circuit, which is fed from an AC voltage network via a rectifier. Each phase 6.1-6.3 of the converter comprises at least two switches 2 . The switch 2 , a first between the positive pole 7 of the DC voltage source 5 and the load terminal 9 of the phase is angeord net and a second between the load terminal 9 and the negative pole 8 of the DC voltage source 5 , each comprise at least one controllable switching element and one connected in anti-parallel Free wheeling diode 13 . The controllable switching element comprises, for example, a switch module 14 , but several switch modules 14 can also be provided per switch 2 . To increase the current carrying capacity, several modules are connected in parallel, and to increase the voltage capacity, they are connected in series. The load connections 9 of each phase 6.1-6.3 are connected to a load, e.g. B. with a motor 10th A control unit 17 now switches the modules 2 of each phase alternately on and off, the phases 6.1-6.3 being driven out of phase with one another, so that a multiphase alternating voltage is generated at the load, the frequency of which can be set. The function of such a converter is well known from the prior art and need not be explained further at this point.
Fig. 2 zeigt einen Schalter 2 im Detail. Er umfaßt min destens ein Schaltermodul 14 mit einer antiparallelge schalteten Freilaufdiode 13. Der Schaltermodul 14 besteht vorzugsweise aus IGBT-Schaltelementen oder -Chips. Die Freilaufdiode 13 kann auch im Modul 14 integriert sein oder als diskretes Bauelement antiparallel zum Schalter modul 14 geschaltet sein. Das Modul 14 selbst umfaßt einen Gateanschluß 12, eine Anode 18 und eine Kathode 19. Für Hochleistungsanwendungen ist das Modul 14 seiner seits aus einer Parallelschaltung von Halbleiterchips 4 zusammengesetzt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel also aus IGBT-Chips. Dies zeigt Fig. 3. Fig. 2 shows a switch 2 in detail. It comprises at least one switch module 14 with an antiparallelge switched freewheeling diode 13 . The switch module 14 preferably consists of IGBT switching elements or chips. The free-wheeling diode 13 can also be integrated in the module 14 or may be connected as a discrete component anti-parallel to the switch module fourteenth The module 14 itself comprises a gate connection 12 , an anode 18 and a cathode 19 . For high-performance applications, the module 14 is composed of a parallel connection of semiconductor chips 4 . In the illustrated embodiment, therefore, from IGBT chips. This is shown in FIG. 3.
Wie Fig. 4, die Darstellung eines Schaltermoduls 14 im Schnitt, zeigt, sind die Chips 4 über Anschlußdrähte 3 z. B. mit Leiterbahnen 15 verbunden. Es handelt sich dabei im allgemeinen um sog. Bonddrähte. Legiert nun ein Chip 4 durch, so wird das gesamte Modul 14 kurzgeschlossen. Der Kurzschlußstrom ist gegebenenfalls sehr groß und könnte das Modul 14 zerstören. Deshalb ist eine Schutzschaltung vorgesehen, welche den Fehler detektiert und die übrigen Zweige des Stromrichters sofort abschaltet, um sie vor Beschädigung zu schützen.As shown in Fig. 4, illustration of a switch module 14 in section shows, the chips 4 are, via connecting wires 3. B. connected to conductor tracks 15 . These are generally so-called bond wires. If a chip 4 now alloys, the entire module 14 is short-circuited. The short-circuit current may be very large and could destroy module 14 . A protective circuit is therefore provided which detects the fault and immediately switches off the other branches of the converter in order to protect them from damage.
Die Steuereinheit 17 einer realisierten Stromrichter schaltungsanordnung 1 erzeugt ein geregeltes Zündimpuls muster zur Ansteuerung der Schaltermodule 14. Dieses Zün dimpulsmuster wird z. B. in optische Signale umgewandelt und über Glasfasern den Modulen 14 zugeleitet. Eine opti sche Übertragung wird aus EMV-Gründen und wegen der Po tentialtrennung bevorzugt. Die optischen Signale werden entweder sogenannten Gate-Units, welche die optischen Si gnale wieder in elektrische umwandeln, oder direkt den Modulen zugeführt. Im letzteren Fall müssen die Module 14 einen entsprechenden Wandler bereits integriert haben. Dies ist mit den heute erhältlichen intelligenten Lei stungsmodulen (IPM = Intelligent Power Module) kein Pro blem mehr. Die Signalverbindung zwischen der Steuerein heit und den Modulen ist bidirektional, so daß es mög lich ist, Informationen über den Zustand der Gate-Unit bzw. der Module an die Steuereinheit zurückzumelden. The control unit 17 of a realized converter circuit arrangement 1 generates a regulated ignition pulse pattern for actuating the switch modules 14 . This Zün dim pulse pattern is z. B. converted into optical signals and fed to the modules 14 via glass fibers. Optical transmission is preferred for EMC reasons and because of the potential separation. The optical signals are either fed to so-called gate units, which convert the optical signals back into electrical signals, or directly to the modules. In the latter case, the modules 14 must already have an appropriate converter integrated. This is no longer a problem with the intelligent power modules available today (IPM = Intelligent Power Module). The signal connection between the control unit and the modules is bidirectional, so that it is possible to report information about the state of the gate unit or the modules back to the control unit.
Wird erkannt, daß ein Modul defekt ist, so schaltet die Steuereinheit bei den bekannten Verfahren die gesamte An lage aus, um sie vor mechanischer Beschädigung zu schüt zen. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich der Feh ler eines Moduls ausweitet und die ganze Anlage beschä digt wird. Es ist besonders wichtig, daß im Falle eines Fehlers beide Module einer Phase gesperrt werden. Falls dies nicht gelänge, müßte gegebenenfalls eine Explosion der Module erwartet werden, da das resultierende Kurz schlußstrom-Zeitintegral im allgemeinen viel höher ist als die entsprechenden zulässigen Werte der Module. Bei einem erfolgreichen Schutzeingriff obiger Art wird zwar ein Folgefehler vermieden, allerdings besteht dann ein dauernder Kurzschluß, so daß die Anlage nicht wieder eingeschaltet werden kann, bevor das entsprechende Module ausgewechselt worden ist.If it is recognized that a module is defective, the Control unit in the known methods, the entire An display to protect them from mechanical damage Zen. In this way it is prevented that the mistake expanded a module and damaged the entire system is damaged. It is particularly important that in the event of a Error both modules of a phase are locked. If if this did not succeed, an explosion would have to be carried out of the modules are expected because the resulting short final current-time integral is generally much higher than the corresponding allowable values of the modules. At a successful protective intervention of the above kind a subsequent error avoided, but then there is a permanent short circuit so that the system does not come back can be turned on before the corresponding module has been replaced.
Mit dem Fehlerbehebungsverfahren nach der Erfindung wer den solche, u. U. sehr kostspielige Unterbrüche vermieden. Dies erreicht man kurz gesagt dadurch, daß die An schlußdrähte eines defekten Moduls durchgetrennt werden. Zu diesem Zweck werden in einem ersten Schritt alle Schaltermodule 14 jeder Phase 6.1-6.3 ausgeschaltet. An schließend wird z. B. das mit dem Pluspol 7 der Gleich spannungsquelle 5 verbundene Modul 14 z. B. der Phase 6.1 eingeschaltet. Falls der Kurzschluß in dem mit dem Mi nuspol 8 verbundenen Modul 14 derselben Phase liegt, so fließt der gesamte Strom über die Anschlußdrähte 3 des defekten Chips, denn das betreffende Modul ist ja ausge schaltet. Man läßt nun den Strom nur für eine Zeitdauer (Brennzeit) tc fließen, so daß die Anschlußdrähte 3 durchgetrennt werden. Dadurch wird der defekte Chip 4 vom Rest des Moduls elektrisch abgetrennt und-das entspre chende Modul 14 ist wieder einsatzfähig. Gegebenenfalls wird dadurch zwar die Leistungsfähigkeit des Moduls her abgesetzt, doch kann dies durch entsprechende Auslegung, bei der ein Teil der Chips als redundanter Anteil vorge sehen wird, ausgeglichen werden.With the troubleshooting method according to the invention who such, u. U. very expensive interruptions avoided. This is achieved in a nutshell by the fact that the connection wires to a defective module are severed. For this purpose, all switch modules 14 of each phase 6.1-6.3 are switched off in a first step. At closing z. B. with the positive pole 7 of the DC voltage source 5 module 14 z. B. phase 6.1 switched on. If the short circuit in the connected to the minus pole 8 module 14 is in the same phase, the entire current flows through the leads 3 of the defective chip, because the module in question is switched off. The current is now allowed to flow only for a period of time (burning time) tc, so that the connecting wires 3 are cut through. As a result, the defective chip 4 is electrically separated from the rest of the module and the corresponding module 14 is ready for use again. If necessary, the performance of the module is reduced, but this can be compensated for by appropriate design, in which a part of the chips is seen as a redundant component.
Befindet sich der Kurzschluß jedoch nicht in dem mit dem Minuspol 7 verbundenen Modul 14 der Phase 6.1, so ge schieht überhaupt nichts, da der Stromkreis ja offen ist. In diesem Fall wird das mit dem Pluspol 7 verbundene Mo dul 14 wieder ausgeschaltet und dafür das mit dem Minus pol 8 verbundene Modul 14 für eine Zeitdauer tc einge schaltet. Analog wie oben werden, falls dieses Modul einen Kurzschluß aufweist, die Anschlußdrähte durchge trennt.However, if the short circuit is not in the module 14 of phase 6.1 connected to the negative pole 7 , nothing happens at all, since the circuit is indeed open. In this case, the Mo connected to the positive terminal 7 is switched off dul 14 again and for the pole to the minus 8 connected to module 14 for a time period tc is switched. Analogous to the above, if this module has a short circuit, the connecting wires are severed.
Befindet sich das defekte Modul nicht in der Phase 6.1, so wird mit den übrigen Phasen 6.2-6.3 entsprechend ver fahren bis der Fehler behoben ist.If the defective module is not in phase 6.1 , the other phases 6.2-6.3 are used accordingly until the error is remedied.
Bei der Verwendung von intelligenten Leistungsmodulen, welche einen Fehler selbsttätig an die Steuereinheit übermitteln können, kann das Verfahren nach der Erfindung direkt und gezielt am defekten Modul angewendet werden. Die ermöglicht eine weitere Verkürzung des Betriebsunter bruchs.When using intelligent power modules, which automatically sends an error to the control unit can transmit the method according to the invention can be used directly and specifically on the defective module. This enables a further reduction in the operating sub break.
Wenn die Anschlußdrähte 3 als Sicherung ausgelegt sind, wird mit Vorteil direkt die Zwischenkreisspannung zum Auftrennen der Anschlußdrähte eines defekten Moduls ap pliziert. Wenn die Anschlußdrähte 3, im allgemeinen Bonddrähte, jedoch nicht als Hochspannungssicherung aus gelegt sind, ist deren Lichtbogenspannung klein (kleiner als 1000 V). Aus diesem Grund ist es weiter von Vorteil, wenn die während der Zeitdauer tc applizierte Brennspan nung möglichst tief ist. Andernfalls reicht die Lichtbo genspannung nicht, um den Strom auszuschalten und die Ge fahr besteht, daß der Fehlerstelle zu viel Energie zuge führt wird. Dadurch würden nicht nur die Anschlußdrähte 3 durchgetrennt, sondern noch weitere Beschädigungen ver ursacht.If the connecting wires 3 are designed as a fuse, the intermediate circuit voltage is advantageously directly applied to disconnect the connecting wires of a defective module. If the connecting wires 3 , in general bond wires, but are not laid out as a high-voltage fuse, their arc voltage is small (less than 1000 V). For this reason, it is also advantageous if the operating voltage applied during the time period tc is as low as possible. Otherwise the arc voltage is not sufficient to switch off the current and there is a risk that too much energy will be supplied to the fault location. This would not only cut the connecting wires 3 , but would also cause further damage.
Dieses Problem kann nun dadurch verhindert werden, daß die Gleichspannungsquelle 5 bzw. die Zwischenkreiskonden satorbank nach dem Abschalten aller Module 14 zunächst entladen und anschließend auf eine optimale Brennspan nung aufgeladen wird und das Verfahren nach der Erfindung mit dieser Brennspannung fortgesetzt wird. Die optimale Brennspannung kann aus den Materialeigenschaften der An schlußdrähte 3 und der Zeitdauer tc berechnet werden.This problem can now be prevented in that the DC voltage source 5 or the intermediate circuit capacitor bank is first discharged after switching off all modules 14 and then charged to an optimum fuel voltage and the method according to the invention is continued with this fuel voltage. The optimum operating voltage can be calculated from the material properties of the connection wires 3 and the time period tc.
Die Zeitdauer tc und damit die Länge des angelegten Strompulses sowie dessen Höhe (Brennspannung) wird so festgelegt, daß eine Struktur der unterbrochenen Stelle entsteht, welche in der Lage ist, die an dieser Stelle nach Wiederaufnahme des Normalbetriebes anliegende Be triebsspannung dauerhaft zu sperren.The time tc and thus the length of the applied Current pulse and its level (burning voltage) is so specified that a structure of the broken point arises which is able to at this point after resuming normal operation to lock the drive voltage permanently.
Eine weitere Maßnahme zur Verhinderung von unkontrol lierbaren Beschädigungen beim Durchtrennen der An schlußdrähte 3 besteht darin, daß die Anschlußdrähte 3 mit einem Vergußmittel 11 umgeben werden. Wie Fig. 4 zeigt, ragen die Anschlußdrähte 3 in diesem Fall ein Stück über das Vergußmittel 11. An dieser Stelle werden die Anschlußdrähte 3 durchgetrennt. Das Vergußmittel 11 verhindert dabei ein weiteres Abschmelzen der Drähte 3 und damit ein unkontrolliertes Ausbreiten der applizier ten Brennenergie auf das Modul 14. Als Vergußmittel 11 kann beispielsweise Silicon-Gel verwendet werden.A further measure for preventing unkontrol lierbaren damage during cutting of the to-circuiting wires 3 is that the lead wires 3 are surrounded by an encapsulant. 11 In this case, as shown in FIG. 4, the connecting wires 3 protrude a little above the potting compound 11 . At this point, the leads 3 are cut . The potting compound 11 prevents further melting of the wires 3 and thus an uncontrolled spreading of the applied firing energy to the module 14th Silicone gel, for example, can be used as casting compound 11 .
Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Schaltermoduls 14 im Schnitt. Auf einer Grundplatte 16 ist eine Anzahl Schal terchips 4 aufgebracht, z. B. aufgelötet. Außerdem sind Leiterbahnen 15 vorgesehen, welche die Anschlüsse der Mo dule 14 bilden. In der Figur ist der Einfachheit halber nur die Kontaktierung einer Seite, z. B. der Kathodenseite, dargestellt. Die Elektroden der Chips 4 werden über An schlußdrähte 3, i.a. Bonddrähte mit den Leiterbahnen 15 verbunden. Vorzugsweise werden IGBT-Chips 4 verwendet. Diese weisen drei Hauptelektroden, eine Anode 18, eine Kathode 19 und eine Gateelektrode 12 auf. Handelt es sich um ein intelligentes Leistungsmodul, so sind pro Modul 14 gegebenenfalls noch mehr Steuer- und Kontrollanschlüsse vorgesehen. Selbstverständlich können aber auch andere Halbleiterschalter verwendet werden, so z. B. MOS gesteu erte Thyristoren (MCT). Fig. 4 shows the structure of a switch module 14 in section. On a base plate 16 , a number of scarf terchips 4 is applied, for. B. soldered. In addition, conductor tracks 15 are provided, which form the connections of the module 14 Mo. In the figure, for the sake of simplicity, only the contacting of one side, e.g. B. the cathode side. The electrodes of the chips 4 are connected to connecting wires 3 , ia bond wires to the conductor tracks 15 . IGBT chips 4 are preferably used. These have three main electrodes, an anode 18 , a cathode 19 and a gate electrode 12 . If it is an intelligent power module, more control and monitoring connections may be provided for each module 14 . Of course, other semiconductor switches can also be used, for. B. MOS-controlled thyristors (MCT).
Optimale Werte für die Zeitdauer tc hängen natürlich von der angelegten Brennspannung ab. Im allgemeinen beträgt sie einige Mikrosekunden. Im Rahmen von Versuchen haben sich Werte zwischen ca. 20 µs und 10 ms bewährt. Beson ders gute Ergebnisse wurden mit Werten zwischen 100 und 10 ms erreicht. Dies erlaubt, daß ca. alle 1 ms ein Modul mit der Brennspannung beaufschlagt werden kann. Bei einer dreiphasigen Anordnung ergeben sich also maximal 6 Durchgänge à 1 ms. Dazu kommen noch zeitliche Verzögerun gen für das Abschalten der Module und die Unterbrechung der Energiezufuhr sowie das Hochfahren der Zwischenkreis spannung. Insgesamt ergibt sich jedoch eine totale Feh lerbehebungszeit, welche im Bereich von Bruchteilen von Sekunden bis zu wenigen Sekunden liegt. Wird darüber hinaus auf die optimale Anpaßung der Brennspannung ver zichtet und die Anschlußdrähte mit der anlagebedingten Zwischenkreisspannung durchgetrennt, so dauert der ganze Fehlerbehebungsvorgang nur einige ms und ist deshalb kaum festzustellen.Optimal values for the time period tc of course depend on the applied operating voltage. Generally is them a few microseconds. Have as part of trials values between approx. 20 µs and 10 ms have proven themselves. Especially other good results were achieved with values between 100 and reached 10 ms. This allows that about every 1 ms Module can be charged with the burning voltage. At a three-phase arrangement results in a maximum of 6 Runs of 1 ms each. There are also delays conditions for switching off the modules and the interruption the energy supply and the startup of the DC link tension. Overall, however, there is a total mistake recovery time, which is in the range of fractions of Seconds to a few seconds. Will about it ver on the optimal adaptation of the burning voltage waives and the connecting wires with the plant-related DC link voltage severed, so the whole lasts Troubleshooting process only a few ms and is therefore hardly ascertain.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die oben erläuterte Schaltungsanordnung beschränkt, sondern wird ganz allgemein bei allen Stromrichterschaltungsanordnung mit Modulen bestehend aus mehreren parallelgeschalteten Chips mit Vorteil eingesetzt. The method according to the invention is not based on the above explained circuit arrangement is limited, but is in general with all converter circuit arrangements with modules consisting of several connected in parallel Chips used with advantage.
Insgesamt steht also mit der Erfindung ein Verfahren zur Fehlerbehebung in einer Stromrichterschaltungsanordnung zur Verfügung, bei welchem allfällige Kurzschlüsse in den Halbleiterchips der Schaltermodule ohne Ausfall der ge samten Anlage behoben werden können.Overall, the invention provides a method Troubleshoot converter circuitry available in the event of any short circuits in the Semiconductor chips of the switch modules without failure of the ge entire system can be remedied.
BezugszeichenlisteReference list
1 Stromrichterschaltung
2 Schalter
3 Anschlußdrähte
4 Schalterchip
5 Gleichspannungsquelle
6.1-6.3 Phasen
7 Pluspol
8 Minuspol
9 Lastanschluß
10 Motor
11 Vergußmittel
12 Gateanschluß
13 Freilaufdiode
14 Schaltermodul
15 Leiterbahn
16 Grundplatte
17 Steuereinheit
18 Anode
19 Kathode
KS Kurzschluß 1 converter circuit
2 switches
3 connecting wires
4 switch chips
5 DC voltage source
6.1-6.3 phases
7 positive pole
8 negative pole
9 load connection
10 engine
11 potting compound
12 gate connection
13 freewheeling diode
14 switch module
15 conductor track
16 base plate
17 control unit
18 anode
19 cathode
KS short circuit
Claims (6)
- a) in einem ersten Schritt alle Schaltermodule (14) jeder Phase (6.1-6.3) ausgeschaltet wer den;
- b) in einem zweiten Schritt das mit dem Pluspol (7) verbundene Schaltermodul (14) einer ersten Phase (z. B. 6.1) für eine Zeitdauer tc einge schaltet wird und falls das mit dem Minuspol (8) verbundene Schaltermodul (14) nicht defekt war, anschließend das mit dem Minuspol (8) verbunden Schaltermodul (14) für die Zeitdauer tc eingeschaltet wird, nachdem das mit dem Pluspol (7) verbundene Schaltermodul (14) wie der ausgeschaltet wurde;
- c) der zweite Schritt für die übrigen Phasen (z. B. 6.2, 6.3) wiederholt wird, falls das defekte Modul (14) nicht in der vorherigen Phase (6.1 bzw. 6.2) enthalten war.
- a) in a first step, all switch modules ( 14 ) of each phase ( 6.1-6.3 ) who the off;
- b) in a second step the switch module ( 14 ) of a first phase (z. B. 6.1 ) connected to the positive pole ( 7 ) is switched on for a period of time tc and if the switch module ( 14 ) connected to the negative pole ( 8 ) is not was defective, then the switch module ( 14 ) connected to the negative pole ( 8 ) is switched on for the period tc after the switch module ( 14 ) connected to the positive pole ( 7 ) has been switched off;
- c) the second step is repeated for the remaining phases (e.g. 6.2, 6.3 ) if the defective module ( 14 ) was not contained in the previous phase ( 6.1 or 6.2 ).
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